Cours 3: La fermentation anaérobie et les biocarburants Flashcards
Quels sont les 2 types de fermentation et leur définition?
- Dégradation aérobie: Provoque la décomposition de la matière végétale et dégage CO2+NH4 (ex: compost)
- Fermentation anaérobie: Phénomènes biochimiques complexes provoqués par micro-organismes et capable de décomposer la MO.
Quels sont les 2 types de fermentation anaérobiques?
- Alcoolique (ex: éthanol)
- Méthanique (ou méthanisation)
Qu’est-ce que la fermentation alcoolique?
Fermentation transformant des sucres fermentescibles par des levures en alcool + CO2 + chaleur. “Déchets” = forte teneur en glucides.
D’où provient le sucre de la fermentation alcoolique?
Produit de la photosynthèse, qui est ensuite associé à une enzyme pour produire de l’alcool éthylique (ou éthanol).
Quelles sont les 2 voies de production d’alcool éthylique (éthanol)?
- Chimique à partir de l’éthylène (C2H4)
- Biologique à partir des sucres (glucose, cellulose ou amidon)
Quelles sont les étapes de production d’éthanol commercial non alimentaire (6)?
- Broyage (ex: grains)
- Liquéfaction: Eau + enzyme ajoutées à farine
- Saccharification: Seconde enzyme pour convertir amidon en sucre fermentescible
- Fermentation: Ajout de levures, produisant éthanol + CO2 (principalement)
- Distillation: Éthanol est séparé de la liqueur (96%)
- Déshydratation: Déshydraté par un tamis moléculaire (éthanol = anhydre ou sans eau) et ajout d’un dénaturant pour éviter la commercialisation alimentaire
Pour quelle raison utilise t’on la voie biologique au lieu de chimique pour produire de l’éthanol?
Moins d’énergie pour la produire.
Quels sont les deux générations d’éthanol?
- À partir d’amidon/sucres: Ces procédés ont atteint leur maturité
- À partir de produits lignocellulosiques (ou cellulosique): Procédés comportent encore des défis technologique (difficile à déstructurer pour libérer cellulose)
Quelles sont les 2 étapes de plus lors de la fabrication d’éthanol cellulosique avant les étapes habituelles?
- Défibrage: Séparation de la lignine
2. Hydrolyse supplémentaire
Quelle est la différence entre une biomasse riche en sucrose et une biomasse riche en amidon et cellulose (2)?
- Sucrose: Directement fermenté par micro-organismes
- Amidon/cellulose: Glucose pas directement disponible car doivent être au préalable fragmentées
Qu’est-ce que la fermentation méthanique (ou biométhanisation)?
Dégradation de MO anaérobique et à l’abri de la lumière par l’action de micro-organismes.
Quels sont les produits de la biométhanisation?
- CH4: Combustible
- Digestat: Résidu solide/liquide pâteux utilisé comme fertilisant/amendement agricole
Quels co-produits peut-on utiliser pour produire des acides organiques?
- Cétone
- Hydrocarbures
- Protéines
Dans quelles gammes de température peut se faire la fermentation anaérobie et quelles types de bactéries y sont associées (3)?
- Psychrophiles: 15C
- Mésophiles: 25-40C
- Thermophiles: 50-60C
Quelles sont les 3 facteurs du processus de fermentation anaérobie?
- Démarrage: Nécessite ensemencement
- Humidité
- Agitation: Éviter la production de croûte et décantation de particules denses (agitateur mécanique)
Quels sont les points à retenir pour ce qui est de l’humidité lors de la fermentation anaérobie (3)?
- Eau assure le transport des nutriments
- Source d’H et O nécessaire à leur nutrition
- Matière doit être diluée: 85 à 90% d’eau
De quoi dépend la quantité produite de biogaz (3)?
- Quantité de déchets
- Qualité de déchets (type de MO)
- Rapport C/N (optimal = 25)
Quels sont les points à prendre en considération pour ce qui est de la qualité des déchets (4)?
- Présence des éléments nutritifs
- Absence de contaminants
- Absence d’antibiotique ou certains oligo-éléments
- Taille des bactéries de l’ordre du micromètre (augmente surface de contact)
Quelles sont les 4 phases de la digestion anaérobie et leur définition (méthanisation)?
- Hydrolyse ou liquéfaction: Matière végétale doit être “cassée” par les enzymes produites par les bactéries
- Acidogenèse: Bactéries transforme la MO en acides (AGV) pour nourrir une deuxième population de bactérie (méthanogènes)
- Acétogénèse: Action des bactéries réductrices acétogènes/sulfo-réductrices
- Méthanogenèse: Bactéries méthanogènes entrent en action et décomposent les acides présents dans le milieu en CH4 et CO2
Donner 4 caractéristiques des cuve de fermentation.
- Enterrée
- Dispositif de régulation de température
- Dispositif de stockage du gaz
- Isolée thermiquement
Qu’est-ce qu’un procédé discontinu?
Cycle de 10 à 40 jours adapté aux déchets à forte teneur en matière sèche (>15%).
Qu’est-ce qu’un procédé semi-continu?
On retire périodiquement une fraction digestat pour le remplacer par du frais.
Qu’est-ce qu’un procédé continu?
Réservés aux déchets en teneur en matière sèche inférieur à 10%.
Quels sont les deux niveaux de production de production de méthane?
- Échelle industrielle
- À la ferme
Quels sont les 2 avantages de la fermentation en continu?
- Manutention automatique ou réduite
- Rendement énergétique meilleur
Donner 4 sources de méthanisation volontaire.
- Ordures ménagères brutes
- Boues de stations d’épuration des eaux usées
- Déchets organiques industriels
- Déchets de l’agriculture/élevage
Quels seraient les intérêts à diminuer la méthanisation (4)?
- Production d’énergie thermique et électrique (cogénération)
- Diminution de l’effet de serre (plus nocif que CO2)
- Diminution des odeurs
- Amélioration de la valeur agronomique (réduction de la charge polluante)
De quoi est composé chimiquement l’éthanol (3)?
- C
- H
- O
C2H6O
Quelles sont les 3 sources du bio-éthanol?
- Sucrose
- Amidon (glucose)
- Cellulose/hémicellulose (lignine)
Pour quelle raison utilise t’on le pétrole au lieu de l’éthanol pour les véhicules?
Pouvoir calorique supérieur à l’éthanol.
Quels sont les 2 types de biocarburants de première génération?
- Bioéthanol: Moteurs essence
- Biodiesel: Moteurs diesel
Quel est le lien entre les biocarburants de première génération et la chaîne alimentaire?
En concurrence directe car ils sont produits à partir de matières premières pouvant être utilisées dans une chaîne alimentaire animale/humaine.
Par quel procédé produit-on du mélange au gazole (procédé du biodiesel) et quelles sont les substances produites immédiatement après (2)?
- Transestérification d’huiles végétales
- Huiles
- Ester
Quelles sont les étapes de production de biodiesel (3)?
- Prétraitement: Production d’huile (pressage ou extraction par solvant)
- Transestérification: Réaction avec alcool (modification chimique) + catalyseur (accélération)
- Purification
Quel coproduit est produit lors de la production de biodiesel?
Glycérine (glycérol)
Donner 3 avantages d’un point de vue environnemental de l’utilisation de l’huile végétale comme carburant.
- Exempt de S
- Produit 50% moins de suie
- Cycle fermé de CO2
Donner 4 avantages généraux de l’utilisation de l’huile végétale comme carburant.
- Source biologique renouvelable
- Moins d’usure de moteur grâce à une amélioration de la lubricité
- Amélioration de la qualité de l’air (moins d’émissions nocives)
- Odeur moins dégoûtante que le diesel
Que sont les biocarburant de deuxième génération?
Biomasse ligno-cellulosique, n’étant pas directement utilisés dans la production alimentaire et l’avantage de disponibilité supérieure.
Quelle réaction transforme la biomasse lors de conditions de pression et température élevée et que permet-elle?
Fischer-Tropsch: Transforme le mélange CO + H2 en hydrocarbures liquides ayant d’excellentes propriétés de carburant diesel
À partir de quelles sources de biocarburant de deuxième génération peut-on produire de l’éthanol (2) et d’où cela provient-il (1)?
- Cellulose
- Hémicellulose
- Résidus de bois
Quelles sont les 4 étapes de la production d’alcool à partir de matières premières lignocellulosiques?
- Traitement préliminaire: Exposition des éléments de cellulose/hémicellulose
- Transformation de ces éléments en sucre
- Fermentation des sucres en éthanol
- Récupération de l’éthanol
Quel est l’avantage de la lignocellulose par rapport au grain?
Moins d’émission de gaz à effet de serre.
Quel coproduit primaire provient d’éthanol à base de blé?
Gluten (source de profit)
Que sont les biocarburants de troisième génération?
Micro-organismes telles que les microalgues, pouvant accumuler des acides gras permettant des rendements supérieurs d’un facteur 30 aux espèces oléagineuses terrestres.
Quelles sont les 4 caractéristiques des biocarburants de troisième génération?
- À partir d’acides gras, possibilité de générer du biodiesel
- Certaines espèces de microalgues peuvent contenir des sucres (bioéthanol)
- Microalgues peuvent être méthanisées (biogaz)
- Microalgues peuvent produire du biohydrogène
Quels sont les 2 sortes de procédés de culture des biocarburants de troisième génération?
- Extensifs: Bassins extérieurs
- Intensifs: Photobioréacteurs fermés où on contrôle les paramètres physico-chimiques
Qu’est-ce que le méthanol?
Solvant couramment utilisé en laboratoire (ou dénaturant d’éthanol) pouvant être obtenu par la gazéification de biomasses lignocellulosiques.
Quel est l’inconvénient principal du méthanol comme carburant?
Corrosion pour certains métaux
Qu’est-ce que le biohydrogène et par quelle voie peut-il être le mieux produit?
Hydrogène obtenu à partir de biomasse, présentant un contenu énergétique élevé par unité de masse.
Voie thermochimique par gazéification (mieux développé et plus économique).
Donner 5 méthodes de production d’hydrogène.
Décarbonisation/séquestration du CO2
- Production par nucléaiore
- Production par électrolyse
- Procédé photolytiques
- Oxydation partielle
Qu’est-ce que le gaz naturel synthétique (Bio-SNG)?
Gaz contenant principalement du CH4 et de petites quantité d’H, CO2 et N, ayant subit la méthanation (conversion catalytique de l’H et CO2 en CH4) pour être ensuite purifié.
Qu’est-ce que le butanol?
Ressemble à l’éthanol mais avec un rendement énergétique plus élevé et pouvant être utilisé comme l’essence. Carburant de l’avenir mais au stade recherche.
